引臺(tái)積電/三星/英特爾/GF競(jìng)逐 新世代存儲(chǔ)器是什么鬼？

　　這個(gè)讓半導(dǎo)體巨頭紛紛投入的技術(shù)就是被稱為新世代存儲(chǔ)器的MRAM和RRAM。

　　MRAM和RRAM的特性為何，與DRAM、NAND(快閃存儲(chǔ)器)相比，又有什么樣的效能與成本優(yōu)勢(shì)?讓我們從MRAM和RRAM兩項(xiàng)技術(shù)看起。

　　什么是新世代存儲(chǔ)器?

　　MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory，磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)，也就是當(dāng)電流關(guān)掉，所儲(chǔ)存的資料并不會(huì)消失的存儲(chǔ)器。

　　它自1990年代開始發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)在學(xué)理上的存取速度接近SRAM，具快閃存儲(chǔ)器的非揮發(fā)性特性，在容量密度及使用壽命上也不輸給DRAM，平均能耗遠(yuǎn)低于DRAM，未來(lái)極具成為真正通用型存儲(chǔ)器潛力。

　　而RRAM(Resistive random-access memory，可變電阻式存儲(chǔ)器)同樣是一種新型的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其優(yōu)點(diǎn)在于消耗電力較NAND低，且寫入資訊速度比NAND快閃存儲(chǔ)器快了1萬(wàn)倍。

　　從階層式存儲(chǔ)器的金字塔圖來(lái)看，SRAM位于金字塔尖端，為最高端、速度最快，成本也最高的產(chǎn)品。

　　其次為主存儲(chǔ)器的DRAM，MRAM僅次于DRAM，而RRAM則緊接其后，在RRAM之下的是NAND，從此圖可以看出MRAM與RRAM的市場(chǎng)定位也正是介于DRAM與NAND之間?！?/p>

　　高速運(yùn)算、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)激發(fā)新世代存儲(chǔ)器高度需求

　　事實(shí)上，MRAM與RRAM技術(shù)并非近年來(lái)的產(chǎn)物，早在1990年代，就有廠商開始投入研發(fā)，而促使新世代存儲(chǔ)器發(fā)展在近年來(lái)露出曙光的原因，正是進(jìn)入高速運(yùn)算時(shí)代，存儲(chǔ)器技術(shù)演進(jìn)速度出現(xiàn)跟不上系統(tǒng)效能演進(jìn)速度所導(dǎo)致。

　　隨著數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度不斷加快，對(duì)存儲(chǔ)器的需求也飛速成長(zhǎng)。從對(duì)DRAM的高速運(yùn)算需求來(lái)看，在高速運(yùn)算下，存儲(chǔ)器(DRAM)與CPU間的頻寬，漸成為運(yùn)算瓶頸，為解決上述瓶頸，HBM、TSV、offload運(yùn)算加速器成為產(chǎn)業(yè)研發(fā)的重心。

　　此外，DRAM也面臨了摩爾定律發(fā)展下去的限制，說(shuō)明了半導(dǎo)體巨擘們要積極投入新世代存儲(chǔ)器研發(fā)生產(chǎn)的原因。

　　另一方面，SSD數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)的高速IOPS需求也是業(yè)界的一大焦點(diǎn)，除了資料中心的高速IOPS需求外，信賴度、能耗也是重要的指標(biāo)，NAND本身走到TLC雖然在價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)，但卻面臨產(chǎn)品信賴度惡化的狀況，目前以Page式的寫入方式，讓寫入成為IOPS的主要瓶頸。

　　此外，在數(shù)據(jù)傳輸速度要求越來(lái)越高下，為了保證數(shù)據(jù)的正確性，SSD Controller須內(nèi)建高速的Buffer，然而不論是用DRAM或是SRAM均需要額外提供電源以保障供電異常下的正常發(fā)展。

　　在這個(gè)前提下，新世代存儲(chǔ)器也成為產(chǎn)業(yè)寄望能改善NAND問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

　　除了高速運(yùn)算與數(shù)據(jù)中心的儲(chǔ)存需求以外，物聯(lián)網(wǎng)物端需要的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，也就是即時(shí)資料儲(chǔ)存需求，牽涉到物聯(lián)網(wǎng)需要低能耗、數(shù)據(jù)耐久度高、每次寫入或存儲(chǔ)的資料單位小等層面。

　　而這三項(xiàng)特色導(dǎo)致NAND的不合適，目前更多的解決方案是采用嵌入式存儲(chǔ)器(Embedded Memory)。

　　不過(guò)，就目前嵌入式存儲(chǔ)器的發(fā)展來(lái)看，其制作流程、占用面積均仍有持續(xù)進(jìn)步的空間，因此也成為新世代存儲(chǔ)器技術(shù)的另一個(gè)切入的面向。

　　嵌入式產(chǎn)品效能更勝一籌，臺(tái)積電也沒缺席

　　盡管新世代存儲(chǔ)器未來(lái)有望取代部分DRAM與NAND的市場(chǎng)，而成為業(yè)界關(guān)注的明日之星，然而，臺(tái)積電重新跨進(jìn)存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)，他著眼的并非將存儲(chǔ)器做為單獨(dú)的產(chǎn)品販?zhǔn)?，而是鎖定嵌入式存儲(chǔ)器市場(chǎng)。

　　臺(tái)積電鎖定的嵌入式存儲(chǔ)器產(chǎn)品，可以說(shuō)是新世代存儲(chǔ)器另一個(gè)改變產(chǎn)業(yè)形貌的重要路線。

　　從目前的應(yīng)用上來(lái)看，在工業(yè)、車用MCU或是物聯(lián)網(wǎng)IC的應(yīng)用中，新世代存儲(chǔ)器有機(jī)會(huì)透過(guò)其能耗表現(xiàn)佳、占用面積小、發(fā)揮發(fā)性、讀寫速度快、操作電壓低、增加的制程復(fù)雜度低等優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步增加其在嵌入式市場(chǎng)的滲透率。

　　此外，嵌入式產(chǎn)品在效能表現(xiàn)上，也可望高于過(guò)去的off-chip產(chǎn)品，對(duì)于像是臺(tái)積電、聯(lián)電、格羅方德等晶圓代工廠來(lái)說(shuō)，提供嵌入式存儲(chǔ)器產(chǎn)品，除能擴(kuò)張產(chǎn)品線與提供客戶更多的支持外，并能做為未來(lái)邏輯IC與存儲(chǔ)器在系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)一步融合的前置布局。

　　然而，對(duì)于三星等既有存儲(chǔ)器廠商而言，新世代存儲(chǔ)器的發(fā)展無(wú)疑帶來(lái)發(fā)展的契機(jī)，但能預(yù)期的是，未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)也將更為激烈。